電石爐智能機器人巡檢系統(tǒng)在電石行業(yè)中的應(yīng)用
——以陜西煤業(yè)化工集團神木電化發(fā)展有限公司為例

＊孫江鵬

（陜西煤業(yè)化工集團神木電化發(fā)展有限公司 陜西 719000）

1.當(dāng)前我國電石行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

電石行業(yè)是我國重點耗能產(chǎn)業(yè)之一，屬于高耗能、高污染行業(yè)。近年來，電石行業(yè)市場運行較為穩(wěn)健，進入2020年以來，隨著電石新建項目的陸續(xù)投產(chǎn)，環(huán)保安全政策進一步趨緊。我國是世界第一大電石生產(chǎn)和消費國，2020年電石產(chǎn)量2888萬噸。同比增長3.3%。近年來，各有關(guān)單位雖然加大了新設(shè)備與新工藝的研制，但作為傳統(tǒng)型的高耗能、粗放式電石生產(chǎn)企業(yè)，在出爐和料面處理等環(huán)節(jié)機械化、自動化程度低，安全生產(chǎn)風(fēng)險高。因而，各電石生產(chǎn)企業(yè)要樹立“科技強安”意識，加大安全生產(chǎn)投入，強化“智能機器人”等設(shè)備的科研開發(fā)應(yīng)用，以機械化生產(chǎn)替換人工作業(yè)、以自動化控制減少人為操作，逐步實現(xiàn)危險工序和環(huán)節(jié)的機械化、自動化操作，減少作業(yè)面的用人量，有效控制安全風(fēng)險。

2.當(dāng)前電石行業(yè)巡檢中存在的問題

陜西煤業(yè)化工集團神木電化發(fā)展有限公司位于神木縣城北，主要從事電石、供熱、電力的生產(chǎn)與銷售，現(xiàn)有6×33000kVA密閉電石爐，年產(chǎn)電石50萬噸。但是化工產(chǎn)業(yè)屬于高危產(chǎn)業(yè)，電石爐屬于重要的生產(chǎn)設(shè)備，需要人員每天定時巡檢。

企業(yè)現(xiàn)有的巡檢狀態(tài)，基本靠人力以及固定攝像頭完成。在電石爐工作期間僅能靠固定攝像頭進行現(xiàn)場監(jiān)控，難以做到動態(tài)監(jiān)控，尤其是對設(shè)備工作期間電石爐的溫度和異常、其他設(shè)備異常、水管跑冒滴漏等進行全方位監(jiān)控的措施嚴(yán)重不足。然而，電石爐巡檢屬于高危工作，易造成灼燒和氣體中毒等事故，現(xiàn)場運行環(huán)境比較惡劣，如漏水、漏氣等等，一旦發(fā)生事故會給企業(yè)的財產(chǎn)造成不可估量的損失。

電石爐智能機器人巡檢系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)采集和分析結(jié)果為依據(jù)，制定了一整套適用于電石爐生產(chǎn)工藝的架構(gòu)，形成了電石爐智能巡檢機器人的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)規(guī)范，對機器人周邊設(shè)備進行適應(yīng)性改造和整合，建立了可推廣的電石爐智能機器人巡檢示范車間，實現(xiàn)巡檢機器人的系統(tǒng)示范應(yīng)用。

3.電石爐智能機器人巡檢系統(tǒng)在電石行業(yè)中的應(yīng)用

(1)電石爐智能機器人巡檢系統(tǒng)的引進

陜西煤業(yè)化工集團神木電化發(fā)展有限公司基于提升生產(chǎn)管理自動化水平以及降低人身事故的考慮，于2020年初，立項上馬了一套軌道式機器人巡檢系統(tǒng)，安裝在電石分廠二車間，對3、4號電石爐進行自動化巡檢；該巡檢系統(tǒng)軌道長380m，巡檢點位30個，機器人搭載了高清攝像機、熱成像儀和各種傳感器等設(shè)備，并配置了無火花充電和無線通信系統(tǒng)，機器人可對巡檢區(qū)域內(nèi)的“三角區(qū)”、分水器等多個區(qū)域進行定時自動或手動巡檢，設(shè)置巡檢周期間隔2h。

該電石爐智能機器人巡檢系統(tǒng)結(jié)合無線通信系統(tǒng)，實現(xiàn)機器人的遙控、自動巡視和環(huán)境監(jiān)控等功能。基本實現(xiàn)了在復(fù)雜工況環(huán)境下對各種電石爐及其附屬設(shè)備進行有效巡檢。軌道智能巡檢系統(tǒng)以全自主的檢測運行模式逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工巡檢，減少了運行人員的工作量。該系統(tǒng)不但可以自動出具巡檢報告，及時掌握設(shè)備健康狀況，促進設(shè)備的維修從預(yù)防性檢修向預(yù)知性狀態(tài)檢修發(fā)展，更為電石爐生產(chǎn)設(shè)施的安全穩(wěn)定運行提供保障。

(2)電石爐智能機器人巡檢系統(tǒng)的優(yōu)勢

電石爐生產(chǎn)車間環(huán)境較為惡劣，空氣粉塵濃度很高，且還有大量的一氧化碳可燃?xì)怏w，現(xiàn)場施工人員必須佩戴防塵口罩等防護設(shè)施。在設(shè)備運行期間會陣發(fā)性噴發(fā)高溫火焰，火焰最高溫度大約1000℃。環(huán)境長時間保持在40～60℃之間，靠近爐膛溫度會逐漸上升。

電石爐智能機器人巡檢系統(tǒng)以其特有的優(yōu)勢解決了很多實際安全問題。首先，它技術(shù)先進，設(shè)計思路新穎，多項功能切合實際。采用軌道運行方式比較適合電石車間環(huán)境，如架構(gòu)復(fù)雜、地面積灰嚴(yán)重、障礙物多等特征。能夠采集現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)信息，如環(huán)境（溫濕度、粉塵、氣體等）、分水器實時流量和水溫，還可沿巡檢路線上傳實時可見光圖片和熱成像圖片以及視頻。其次，采集到的信息，可在后臺清晰顯示，如（各種圖表曲線顯示、越限值設(shè)定、巡檢計劃制定等SCADA功能）。新增加的SCADA功能可為生產(chǎn)管理和運檢人員提供檢測參考依據(jù)，提高了生產(chǎn)管理效率。隨著SCADA功能的完善，機器人會提供更多更詳盡的信息，進一步完善現(xiàn)代化工業(yè)管理體系，縮短決策時間，提升決策效率，減少人身及設(shè)備事故，為企業(yè)安全生產(chǎn)提供保障。第三，此系統(tǒng)符合國家大力發(fā)展人工智能的戰(zhàn)略。它的投入使用，明顯減少了運檢人員進入爐區(qū)的次數(shù)和必要性，大幅度提高了人身安全系數(shù)。未來增加的高級圖像識別功能可逐步代替人工監(jiān)控，實現(xiàn)無人值班，達到減人增效的目的。

(3)電石爐智能機器人巡檢解決方案

①電石爐智能機器人巡檢規(guī)劃。為適應(yīng)電石車間的結(jié)構(gòu)及空間，需要選擇合適的機器人行進機構(gòu)及導(dǎo)航、定位方案。綜合考慮電石車間內(nèi)部特點，結(jié)合本項目欲達到的目的，考慮電石車間的非標(biāo)空間，選擇具有停止變軌技術(shù)和伸縮云臺的軌道式機器人來實現(xiàn)。利用工作點位標(biāo)記法實現(xiàn)機器人的準(zhǔn)確定位。為了能實現(xiàn)單臺軌道式巡檢機器人巡檢兩個電石爐，在走廊T字連接處，增加一套機器人靜止變軌裝置，使機器人可以實現(xiàn)在兩條軌道上分別運行，巡檢完成后機器人自主回到充電點進行充電。智能巡檢機器人可以沿軌道往復(fù)運行，機器人帶有升降臂，升降臂長度可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境定制，升降臂底端安裝巡檢專用云臺，巡檢專用云臺，內(nèi)置磁角度編碼器，具有0.02°的重復(fù)精度，確保每次巡檢位置準(zhǔn)確；云臺內(nèi)配置熱像儀，可前后多角度拍攝，監(jiān)控范圍無死角，可實現(xiàn)全方位、多角度監(jiān)控。

接觸式充電的金屬觸頭很容易產(chǎn)生火花，無法應(yīng)用在充滿粉塵或可燃?xì)怏w的環(huán)境，因而本系統(tǒng)采用無線充電樁，利用電磁感應(yīng)原理，智能巡檢機器人與充電樁無需接觸即可實現(xiàn)真正的無火花充電。

②電石爐智能機器人巡檢系統(tǒng)總體架構(gòu)。根據(jù)用戶需求和站區(qū)巡檢工作實際，采用模塊化設(shè)計，包括移動機器人、機器人視覺以及移動機器人要求建立的一套巡檢智能機器人巡檢通訊系統(tǒng)。系統(tǒng)具有以下特點：第一，集中監(jiān)控。系統(tǒng)對單個機房內(nèi)各種動力設(shè)備，環(huán)境設(shè)備及系統(tǒng)狀態(tài)信息，報警信息等進行完整集中監(jiān)控，并有良好的擴充性，實現(xiàn)跨區(qū)域集中監(jiān)控管理。第二，來電自啟動功能。服務(wù)器采用低功耗ARM芯片和嵌入式操作系統(tǒng)，內(nèi)置硬件看門狗，具有故障自動恢復(fù)功能，當(dāng)主機重新啟動后，整個監(jiān)控系統(tǒng)也隨著在運行。第三，日志管理功能。整套機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)對各種報警信息、設(shè)備參數(shù)等進行詳細(xì)的記錄，能夠以報表形式進行數(shù)據(jù)導(dǎo)出、備份。第四，完善報警機制。服務(wù)器主機支持多種報警方式，現(xiàn)場聲光報警、電話撥號報警、郵件報警等多種報警方式。第五，用戶權(quán)限功能。系統(tǒng)具有多級用戶管理，可設(shè)定用戶管理權(quán)限，普通用戶只能對系統(tǒng)進行瀏覽，管理人員除了對系統(tǒng)具有瀏覽權(quán)，還可以配置、管理整個系統(tǒng)。本軌道巡檢的智能巡檢系統(tǒng)可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、優(yōu)化運行人員配置、提高運行工作效率，并可與巡檢機器人共同構(gòu)成綜合智能巡檢系統(tǒng)。

③機器人本體巡檢功能。軌道機器人部署在現(xiàn)場，通過機器人端的WiFi網(wǎng)絡(luò)進行橋接，從而接入后臺。通過RPC框架與應(yīng)用服務(wù)器進行通信。監(jiān)控客戶端通過RPC框架與應(yīng)用服務(wù)器進行通信，對外提供機器人運管功能。

機器人本體巡檢可滿足如下需求：視覺巡檢（紅外巡檢）；機器人可實現(xiàn)紅外熱成像判斷有無異常溫度點、溫度測量；使用紅外成像攝像頭，可以實現(xiàn)紅外圖像定性分析，識別溫度異常點、最高點，并顯示最高點溫度。可以實現(xiàn)爐體外觀，跑冒滴漏檢測，儀表工作狀態(tài)檢測，水流情況檢測。

利用紅外和可見光攝像頭可實現(xiàn)下列巡檢：進料口堵料：使用紅外測溫，可見光遠(yuǎn)程監(jiān)控是否發(fā)紅；爐體水管漏水：使用可見光拍照；水循環(huán)系統(tǒng)：使用可見光攝像頭進行儀表工作狀態(tài)檢測，使用紅外攝像頭進行溫度檢測；循環(huán)水流狀態(tài)檢測：使用可見光攝像頭進行循環(huán)水流狀態(tài)檢測。

4.結(jié)語

目前我國電石行業(yè)生產(chǎn)環(huán)境危險惡劣、勞動強度大，作業(yè)環(huán)節(jié)基本采用人工或半自動作業(yè)方式，存在重大問題隱患，嚴(yán)重威脅了作業(yè)工人的生命安全，亟需能夠替代一線作業(yè)工人的智能化機器人，以降低作業(yè)工人的勞動強度和風(fēng)險。智能機器人巡檢系統(tǒng)在電石行業(yè)中的應(yīng)用，將操作人員從爐前操作溫度高、體力消耗大、風(fēng)險高的作業(yè)現(xiàn)狀中解放出來，大大降低了風(fēng)險。因而，智能機器人巡檢系統(tǒng)在電石行業(yè)的投入使用，對帶動傳統(tǒng)電石行業(yè)技術(shù)革命意義深遠(yuǎn)。